Co promieniowanie robi żywym komórkom?
Wpływ promieniowania na żywe komórki różni się w zależności od rodzaju, intensywności ekspozycji i komórki. Dla naszych celów „promieniowanie” odnosi się do emisji energii jonizującej, takiej jak neutrony, fotony i cząstki naładowane wysokoenergetycznie, takie jak promienie gamma. Istnieje wiele różnych rodzajów, w tym promieniowanie kosmiczne z kosmosu, promieniowanie naziemne emitowane przez pierwiastki promieniotwórcze w ziemi oraz wytwarzane przez człowieka, takie jak uwalniane w wyniku detonacji bomby atomowej.
Żywe komórki faktycznie radzą sobie z dużą ilością promieniowania; na przykład około 360 miliremów rocznie w Stanach Zjednoczonych. Nawiasem mówiąc, miliremy są jednostkami dawki; służą do obliczania wyników narażenia na działanie promieni rentgenowskich w szpitalach. Poziom śmiertelnej ekspozycji różni się u poszczególnych osób i zależy od rodzaju ekspozycji; pojedyncza ekspozycja jest śmiertelna na przykład na poziomie około 300 000 miliremów, podczas gdy wyższe dawki mogą być tolerowane, jeśli są wynikiem przedłużonej ekspozycji w czasie.
Przy niskich poziomach uszkodzenia spowodowane promieniowaniem mogą być naprawione przez żywe komórki bez żadnych skutków ubocznych. Wyższe dawki mogą spowodować sterylność komórki lub mogą zakłócać zdolność komórki do prawidłowego rozmnażania się, powodując mutacje. Na przykład wiele nowotworów wiąże się z ekspozycją na promieniowanie, która dezorientuje komórki, powodując ich mutację i szybką reprodukcję. Przy bardzo wysokich dawkach promieniowanie powoduje śmierć komórki w wyniku procesu zwanego termalizacją, który zasadniczo powoduje gotowanie komórki od wewnątrz.
Narażenie może spowodować uszkodzenie komórki na dwa różne sposoby. W pierwszym sensie, bezpośrednie działanie promieniowania, bezpośrednio uszkadza cząsteczkę; jak na przykład, gdy promieniowanie zakłóca cząsteczkę DNA, powodując uszkodzenie komórki. Może również powodować pośrednie uszkodzenia, jonizując cząsteczki, zamieniając je w potencjalnie toksyczne związki, które oddziałują ze zdrowymi cząsteczkami i powodują uszkodzenia. Tlen, wodór, azot i węgiel są bardzo podatne na jonizację; niestety dla żywych komórek pierwiastki te stanowią dużą część żywego organizmu.
Przy bardzo dużych dawkach promieniowanie spowoduje ogromne uszkodzenie narządów i tkanek, które jest zbyt rozległe, aby ciało mogło je naprawić. Powoduje to zespół ostrego promieniowania, znany również jako choroba popromienna. Ten stan jest często bardzo bolesny i nieprzyjemny i prowadzi do śmierci. Przy niższych dawkach powodowane uszkodzenie może być na bardziej subtelnym poziomie i może objawiać się rakiem lub wadami wrodzonymi spowodowanymi uszkodzeniem tkanek rozrodczych w późniejszym życiu. Niektóre komórki są szczególnie podatne na uszkodzenia, zwłaszcza komórki, które mnożą się szybko; dlatego kobiety w ciąży muszą uważać na źródła promieniowania, ponieważ może to uszkodzić rozwijający się płód.
Jedną z bardziej niebezpiecznych przyczyn promieniowania są izotopy radioaktywne, ponieważ izotopy te gromadzą się w ciele i emitują promieniowanie, w przeciwieństwie do jednorazowej ekspozycji na cząstki radioaktywne, takie jak te emitowane na zdjęciu rentgenowskim. Z tego powodu ludzie pracujący nad izotopami radioaktywnymi muszą być bardzo ostrożni, a osoby stosowane w procedurach takich jak obrazowanie medyczne mają bardzo krótki okres półtrwania, co oznacza, że szybko rozkładają się i są wyrażane przez ciało.